第二單元  我們周圍的空氣

課題1  空  氣

一、空氣成分的研究史

1、18世紀(jì)70年代，瑞典科學(xué)家舍勒和英國(guó)的科學(xué)家化學(xué)家普利斯特里，分別發(fā)現(xiàn)并制得了氧氣。

2、法國(guó)科學(xué)家拉瓦錫最早運(yùn)用天平作為研究化學(xué)的工具，用定量的方法研究了空氣的成分，第一次明確提出了“空氣是由氧氣和氮?dú)饨M成的”。其中氧氣約占空氣總體積的1/5的結(jié)論。

二、空氣中氧氣成分的測(cè)定：

1、裝置圖（見(jiàn)書P27）

2、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：A、紅磷燃燒發(fā)出黃白色火焰，放出熱量，冒出白色濃煙

B、（過(guò)一會(huì)兒白煙消失，裝置冷卻到室溫后打開彈簧夾）燒杯內(nèi)的水倒流入集氣瓶，約占瓶子容積的1/5。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)論：說(shuō)明空氣不是單一的物質(zhì)；氧氣約占空氣總體積的1/5。

化學(xué)方程式： 4P + 5O₂ 2P₂O₅

5、注意事項(xiàng)：A、所用的紅磷必須過(guò)量，過(guò)少則氧氣沒(méi)有全部消耗完

B、要等集氣瓶（裝置）冷卻后才能打開彈簧夾，

C、裝置的氣密性要好，（否則測(cè)量結(jié)果偏?。?，

D、要先夾住橡皮管，然后再點(diǎn)紅磷（否則測(cè)量結(jié)果偏大）。

思考：可否換用木炭、硫磺等物質(zhì)？如能，應(yīng)怎樣操作？

答：不能用木炭或蠟燭（燃燒產(chǎn)生了氣體，瓶?jī)?nèi)體積變化小），不能用鐵（鐵在空氣中不能燃燒）

6、實(shí)際在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的結(jié)果比真實(shí)值小，其原因可能是A紅磷量不足；B裝置氣密性差；C未冷卻至室溫就打開止水夾；D、沒(méi)有預(yù)先在導(dǎo)管中裝滿水

三、空氣的主要成分（按體積分?jǐn)?shù)）：氮?dú)猓?/SPAN>N₂）78%，氧氣（O₂）21%（氮?dú)獗妊鯕饧s為4：1），稀有氣體0.94%，二氧化碳（CO₂）0.03%，其它氣體和雜質(zhì)0.03%。空氣的成分以氮?dú)夂脱鯕鉃橹?，屬于混合物?/SPAN>

空氣成分口訣:氮七八氧二一，零點(diǎn)九四是稀氣；零點(diǎn)零三有兩個(gè)，二氧化碳和雜氣

四、物質(zhì)的分類：純凈物和混合物

1、純凈物：由一種物質(zhì)組成的，“純凈”是相對(duì)的，絕對(duì)純凈的物質(zhì)是沒(méi)有的，只要雜質(zhì)含量低，不至于對(duì)生產(chǎn)和科學(xué)研究產(chǎn)生影響的物質(zhì)就是純凈物。

2、混合物：兩種或多種物質(zhì)組成的，這些物質(zhì)相互間沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，各物質(zhì)都保持各自的性質(zhì)。

注意：劃分純凈物、混合物的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)物質(zhì)的種類來(lái)劃分的。只含一種物質(zhì)的就屬于純凈物，含有幾種物質(zhì)的就屬于混合物，

五、空氣是一種寶貴的資源

1、氮?dú)猓簾o(wú)色、無(wú)味的氣體，不溶于水，不燃燒也不支持燃燒，不能供給呼吸，化學(xué)性質(zhì)不活潑。

2、稀有氣體：無(wú)色、無(wú)味的氣體，通電時(shí)能發(fā)出不同顏色的光，化學(xué)性質(zhì)很不活潑。

六、空氣的污染及防治。

1、 造成空氣污染的物質(zhì)：有害氣體（一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO₂）、二氧化硫（SO₂））和煙塵。

2、污染來(lái)源：空氣中的有害物質(zhì)來(lái)自化石燃料的燃燒，石油化工廠排放的廢氣及汽車排放的尾氣。

3、被污染的空氣帶來(lái)的危害：損害人體健康、影響作物生長(zhǎng)、破壞生態(tài)平衡。

存在的環(huán)境問(wèn)題：溫室效應(yīng)（二氧化碳含量過(guò)多引起）、臭氧空洞（飛機(jī)的尾氣、氟里昂的排放）、酸雨（由二氧化硫、二氧化氮引起）。

4、防止空氣污染的措施：加強(qiáng)大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè),改善環(huán)境狀態(tài)、植樹造林、使用清潔能源。

5、目前空氣污染指數(shù)包括：一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、可吸入顆粒物、臭氧。

七、未來(lái)化學(xué)將朝著“綠色化學(xué)”——“綠色消毀”和“綠色生產(chǎn)”的方向發(fā)展。核心是利用化學(xué)原理從源頭消除污染。特點(diǎn)：①充分利用資源和能源，原料無(wú)毒無(wú)害②減少向環(huán)境排放廢物③原料中的原子全部被消納，實(shí)現(xiàn)零排放（在化合反應(yīng)中體現(xiàn)）④生產(chǎn)出環(huán)境友好產(chǎn)品。見(jiàn)教材P32。

課題2  氧氣

一、氧氣的物理性質(zhì)

1、色、味、態(tài)：通常情況下，是無(wú)色無(wú)味的氣體；

2、密度：標(biāo)準(zhǔn)狀況下，密度為1.429g/L，略大于空氣。（可用向上排空法）

3、溶解性：氧氣不易溶于水。（可用排水法收集），

4、三態(tài)變化：降溫后，氧氣可以變?yōu)榈{(lán)色的液體，甚至淡藍(lán)色雪花狀固體。

二、氧氣的化學(xué)性質(zhì)

（一）與非金屬（碳、硫、磷）的反應(yīng)

1、木炭（黑色固體）燃燒

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在氧氣中：劇烈燃燒，發(fā)出白光，放出熱量，生成一種無(wú)色無(wú)味氣體，該氣體能使澄清石灰水變渾濁。

文字表達(dá)式：碳（C）+ 氧氣（O₂）

化學(xué)方程式   C + O₂        CO₂

做木炭燃燒實(shí)驗(yàn)時(shí)，燃燒匙應(yīng)慢慢從瓶口向瓶底伸入（充分利用瓶?jī)?nèi)的氧氣）。

2、硫粉（淡黃色）燃燒：

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在空氣中：發(fā)出微弱的淡藍(lán)色火焰；放出熱量、生成一種帶有刺激性氣味的氣體。

在氧氣中: 發(fā)出明亮的藍(lán)紫色的火焰, 放出熱量、生成一種帶有刺激性氣味的氣體。

文字表達(dá)式  硫（S） + 氧氣（O₂）

化學(xué)方程式  S + O₂        SO₂

實(shí)驗(yàn)時(shí)，要在瓶底裝少量水（吸收二氧化硫，防止污染空氣）。

3、紅磷（暗紅色固體）的燃燒

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在空氣中：發(fā)出黃白色火焰，放出熱量，生成大量白煙

在氧氣中：劇烈燃燒，發(fā)出白光，放出熱量，生成大量的白煙

文字表達(dá)式：磷（P）+ 氧氣（O₂）

化學(xué)方程式：4P + 5O₂      2P₂O₅

注意：五氧化二磷（P₂O₅）是固體，不是氣體

（二）與金屬（鎂、鐵）的反應(yīng)

1、鎂帶（銀白色固體）在空氣中燃燒

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：劇烈燃燒，發(fā)出耀眼的白光，放出熱量，生成白色粉末狀固體。

文字表達(dá)式：鎂（Mg）+ 氧氣（O₂）

化學(xué)方程式：2Mg + O₂      2MgO

2鐵絲（銀白色固體）在氧氣中燃燒

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：劇烈燃燒，火星四射，放出熱量，生成一種黑色固體。

文字表達(dá)式：鐵（Fe） + 氧氣（O₂）

化學(xué)方程式：3Fe + 2O₂ Fe₃O₄ 

注意：集氣瓶底部鋪少量的細(xì)沙或加少量的水，防止生成的固體物質(zhì)濺落瓶底，致使集氣瓶炸裂。鐵絲在空氣中不能燃燒

（三）與某些化合物（蠟燭、甲烷）的反應(yīng)——產(chǎn)物均為：二氧化碳和水

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：比空氣中燃燒劇烈，發(fā)出白光，集氣瓶?jī)?nèi)壁出現(xiàn)水珠，有使澄清石灰水變渾濁的無(wú)色無(wú)味氣體產(chǎn)生。

文字表達(dá)式：石蠟+ 氧氣（O₂）

空氣中燃燒情況：燃燒產(chǎn)生黃色火焰，放熱，稍有黑煙。

（四）其他物質(zhì)與氧氣的反應(yīng)

某些物質(zhì)在一些條件下，與氧氣發(fā)生緩慢的氧化反應(yīng)，成為緩慢氧化。緩慢氧化也放熱。

如：動(dòng)植物新陳代謝，金屬的銹蝕，食物的腐爛、酒醋的釀造、農(nóng)家肥的腐熟等等。

總結(jié)： 

1、氧氣是一種化學(xué)性質(zhì)比較活潑的氣體，在一定的條件下，能與許多物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)并放出大量的熱。在這些反應(yīng)中，氧氣提供氧，稱為氧化反應(yīng)。氧氣便是常見(jiàn)的氧化劑；具有氧化性。

2、物質(zhì)在純氧氣中燃燒程度比空氣中燃燒要?jiǎng)×?。說(shuō)明物質(zhì)燃燒程度，與氧氣的濃度大小成正比；

3、物質(zhì)燃燒時(shí)有的有火焰，有的會(huì)發(fā)光，有的會(huì)冒煙。一般來(lái)說(shuō)，氣體燃燒會(huì)有火焰產(chǎn)生，固體直接燃燒，產(chǎn)生光或者火星。生成物有固體，一般都會(huì)產(chǎn)生煙，即固體小顆粒；

4、物質(zhì)與氧氣反應(yīng)不一定是燃燒現(xiàn)象，如緩慢氧化。

三、氧氣的用途

（1）、供給呼吸：醫(yī)療上急救病人，登山、潛水、航空、宇航提供呼吸；

（2）、支持燃燒：煉鋼、氣焊與氣接、液氧炸彈、火箭助燃劑

四、反應(yīng)類型：

①：化合反應(yīng)：由兩種或兩種以上的物質(zhì)生成另一種物質(zhì)的反應(yīng)。

可表示為：A＋B＋…… → E （簡(jiǎn)稱“多合一”）

②：分解反應(yīng)：由一種反應(yīng)物生成兩種或兩種以上其他物質(zhì)的反應(yīng)。

可表示為：AB→A＋B＋……。（簡(jiǎn)稱：“一變多”）

③：氧化反應(yīng)：物質(zhì)與氧發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。有氧氣參加的反應(yīng)一定屬于氧化反應(yīng)。氧化反應(yīng)不一定是化合反應(yīng)（石蠟的燃燒生成了水和二氧化碳兩種物質(zhì)），化合反應(yīng)不一定是氧化反應(yīng)。

課題3     實(shí)驗(yàn)室制取氧氣

一、工業(yè)制法（分離液態(tài)空氣法）

（1）具體過(guò)程

（2）注意：該過(guò)程是物理變化

二、氧氣的實(shí)驗(yàn)室制法（化學(xué)變化）

1、雙氧水（過(guò)氧化氫）制取氧氣

A、藥品：過(guò)氧化氫（H₂O₂）和二氧化錳（黑色粉末 MnO₂）

B實(shí)驗(yàn)原理：

表達(dá)式：過(guò)氧化氫（H₂O₂）

化學(xué)方程式：  2H₂O₂  ^MnO2  2H₂O+ O₂ ↑

注：MnO₂在該反應(yīng)中是催化劑，起催化作用

C、裝置： 固體與液體反應(yīng)，不需加熱（雙氧水的為一類）

注意事項(xiàng)：

①、分液漏斗可以用長(zhǎng)頸漏斗代替，但其下端應(yīng)該伸入液面以下，防止生成的氣體從長(zhǎng)頸漏斗中逸出；

②、導(dǎo)管只需略微伸入試管塞

③、氣密性檢查：用止水夾關(guān)閉，打開分液漏斗活塞，向漏斗中加入水，水面不持續(xù)下降，就說(shuō)明氣密性良好。

④、裝藥品時(shí)，先裝固體后裝液體

⑤、該裝置的優(yōu)點(diǎn)：可以控制反應(yīng)的開始與結(jié)束，可以隨時(shí)添加液體。

D、步驟：連、查、裝（二氧化錳）、定、倒（過(guò)氧化氫溶液）、收

2、用高錳酸鉀、氯酸鉀制取氧氣

A、藥品：、高錳酸鉀（暗紫色固體）、氯酸鉀（白色固體）與二氧化錳（黑色粉末）

B、原理：  

 ①加熱氯酸鉀（有少量的二氧化錳）：

表達(dá)式：氯酸鉀（KClO₃）

方程式：2KClO₃ 2KCl + 3O₂ ↑

注意：MnO₂在該反應(yīng)中是催化劑，起催化作用

② 加熱高錳酸鉀：

表達(dá)式：高錳酸鉀（KMnO₄） 錳酸鉀（K₂MnO₄）+ 二氧化錳（MnO₂）+ 氧氣（O₂）

方程式：2KMnO₄        K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

C、裝置：加熱固體制氣體（加熱氯酸鉀的為一類）

D、操作步驟：（連）查、裝、定、點(diǎn)、收、離、熄。

① 連接裝置：先下后上，從左到右的順序。

② 檢查裝置的氣密性 ：將導(dǎo)管的一端浸入水槽中，用手緊握試管外壁，若水中導(dǎo)管口有氣泡冒出，證明裝置不漏氣。松開手后，導(dǎo)管口出現(xiàn)一段水柱。

③ 裝入藥品：按粉末狀固體取用的方法（藥匙或紙槽）

④固定裝置 ：固定試管時(shí)，試管口應(yīng)略向下傾斜；鐵夾應(yīng)夾在試管的中上部

⑤加熱藥品：先使試管均勻受熱，后在反應(yīng)物部位用酒精燈外焰由前向后加熱。

⑥收集氣體：

a、若用排水集氣法收集氣體，當(dāng)氣泡均勻冒出時(shí)再收集，剛排出的是空氣；水排完后，應(yīng)用玻璃片蓋住瓶口，小心地移出水槽，正放在桌面上(密度比空氣大)（防止氣體逸出）

b、用向上排空法。收集時(shí)導(dǎo)管應(yīng)伸入集氣瓶底部（為了排盡瓶?jī)?nèi)空氣）

   用排水法收集時(shí)，導(dǎo)管放在集氣瓶口

⑦先將導(dǎo)管移出水面

⑧再停止加熱

E、易錯(cuò)事項(xiàng)：

a). 試管口要略微向下傾斜：防止生成的水回流,使試管底部破裂。藥品應(yīng)平鋪在試管底部

b). 導(dǎo)氣管伸入發(fā)生裝置內(nèi)要稍露出橡皮塞：有利于產(chǎn)生的氣體排出。

c). 用高錳酸鉀制取氧氣時(shí)，試管口塞一團(tuán)棉花：防止高錳酸鉀粉末進(jìn)入導(dǎo)氣管，污染制取的氣體和水槽中的水。

d). 排氣法收集氣體時(shí)，導(dǎo)氣管要伸入接近集氣瓶底部：有利于集氣瓶?jī)?nèi)空氣排出，使收集的氣體更純。

e). 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先將導(dǎo)氣管移出水面,然后熄滅酒精燈：防止水槽中的水倒流，炸裂試管。

F、收集方法：

① 排水法（不易溶于水）

② 向上排空法（密度比空氣大）

G、檢驗(yàn)、驗(yàn)滿

檢驗(yàn)：用帶火星的木條伸入集氣瓶?jī)?nèi)，發(fā)現(xiàn)木條復(fù)燃，說(shuō)明是氧氣；

驗(yàn)滿：用帶火星的木條放在集氣瓶口，若木條復(fù)燃，證明已滿。

三、催化劑：

1、  概念：在化學(xué)反應(yīng)中能改變其他物質(zhì)的反應(yīng)速率（加快或變慢），但本身的化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量在反應(yīng)前后沒(méi)有發(fā)生變化的物質(zhì)。

2、  特點(diǎn)：兩不變（質(zhì)量、化學(xué)性質(zhì)）、一改變（反應(yīng)速率）

注意：①催化劑不能改變生成物的質(zhì)量，不能決定反應(yīng)的進(jìn)行

②催化劑不是反應(yīng)物、又不是生成物

③催化劑僅針對(duì)某一反應(yīng)，并不是所有反應(yīng)的催化劑

④某一反應(yīng)的催化劑可能不只一種

3、二氧化錳在一些反應(yīng)中不只作催化劑，催化劑不一定就只有二氧化錳。(在過(guò)氧化氫溶液制取氧氣中，催化劑可以用硫酸銅溶液、氧化鐵、氧化銅、紅磚粉末)。在氯酸鉀制取氧氣中，二氧化錳的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變，但質(zhì)量分?jǐn)?shù)變大。

四、分解反應(yīng)：

1、概念：由一種物質(zhì)反應(yīng)生成兩種及以上物質(zhì)的反應(yīng)

2、特點(diǎn)：一變多